×
29.03.2019
219.016.f33f

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к вентиляторным установкам переменной производительности и может быть использовано в системах транспортировки газа и энергетических установках, где требуется охлаждение теплообменников воздухом для поддержания требуемой температуры охлаждаемой среды. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в экономии электрической энергии для охлаждения, увеличении ресурса используемого оборудования, обеспечении отказоустойчивости системы управления. Система управления аппаратами воздушного охлаждения содержит регулятор и датчик температуры охлаждаемой среды, вентиляторы с приводом, группу теплообменников, трубопроводы подвода к ним охлаждаемой среды и ее отвода в коллектор, из которого охлажденная среда поступает в отводящий трубопровод. Приводы имеют устройство изменения их частоты вращения, на вход которых поступает сигнал с выхода регулятора температуры, на первый вход регулятора поступает сигнал с датчика температуры, а на второй вход - сигнал о требуемой температуре охлаждаемой среды, при этом в качестве привода вентиляторов используются асинхронные электродвигатели, частота вращения которых изменяется устройством в виде преобразователя частоты тока питающей электродвигатели сети. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к вентиляторным установкам переменной производительности и может быть использовано в системах транспортировки газа и энергетических установках, где требуется охлаждение теплообменников воздухом для поддержания требуемой температуры охлаждаемой среды.

Известна система управления производительностью вентиляторов для охлаждения теплообменников аппаратом воздушного охлаждения (АВО), содержащая регулируемый вентилятор с электродвигателем постоянной частоты вращения, устройство позицирования лопастей рабочего колеса, датчик температуры охлаждаемой среды (см. патент РФ №2183290, 2000 г.). Недостатком известной системы является сложность механической системы для изменения положения лопастей рабочего колеса и ее чувствительность к отказам.

Наиболее близкой к заявленной системе является система частичного (дискретного) отключения работающих вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения, содержащая блок управления, датчик температуры охлаждаемой среды, вентиляторы с электродвигателем, группу теплообменников (см. книгу «Эксплуатация газопроводов Западной Сибири», Л.: Недра, стр.152). Недостатком этой системы является низкая точность поддержания температуры охлаждаемой среды, работа на режимах максимальной мощности и возникновение зон рециркуляции воздуха при отключении отдельных АВО, которые вызывают дополнительные потери электроэнергии.

Указанные недостатки известных систем наиболее ярко проявляются при их использовании для охлаждения газа на выходе из компрессорных станций. Из-за возникновения у теплообменников зон рециркуляции воздуха и работы электродвигателей на максимальной частоте вращения увеличивается их энергопотребление. Частые отключения / включения электродвигателей для обеспечения требуемой температуры газа приводят к преждевременной выработке их ресурса. При включении АВО возникают повышенные забросы тока, что требует установки дорогостоящих систем плавного пуска и др.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в экономии электрической энергии для охлаждения, увеличении ресурса используемого оборудования, обеспечении отказоустойчивости системы управления и гибкости изменения алгоритмов управления для обеспечения требуемого качества регулирования температуры охлаждаемой среды.

Указанный результат достигается тем, что в системе управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащей регулятор и датчик температуры охлаждаемой среды, вентиляторы с приводом, группу теплообменников, трубопроводы подвода к ним охлаждаемой среды и ее отвода в коллектор, из которого охлажденная среда поступает в отводящий трубопровод, согласно изобретению приводы имеют устройство изменения их частоты вращения, на вход которых поступает сигнал с выхода регулятора температуры, на первый вход регулятора поступает сигнал с датчика температуры, а на второй вход - сигнал о требуемой температуре охлаждаемой среды, в качестве привода вентиляторов используются асинхронные электродвигатели, частота вращения которых изменяется устройством в виде преобразователя частоты тока питающей электродвигатели сети.

Указанный результат достигается также и тем, что регулятор температуры имеет зону нечувствительности, пропорциональный, интегрирующий и дифференцирующий контуры, а датчик температуры охлаждаемой среды устанавливается в отводящем трубопроводе.

Указанный результат достигается также еще и тем, что устанавливается датчик температуры окружающей среды, сигнал с которого поступает на третий вход регулятора температуры.

Указанный результат достигается еще и тем, что для каждого привода устанавливается корректор задаваемой частоты его вращения, на вход которого поступает сигнал с датчика температуры охлаждаемой среды, установленного на выходе соответствующего теплообменника, а сигнал с выхода корректора суммируется с выходным сигналом регулятора.

На чертеже приведена структурная схема системы автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения (САУ АВО).

Объектом управления для САУ АВО является группа теплообменников из «n» штук - l1, l2, ..., ln. На чертеже теплообменники установлены параллельно, но они могут быть расположены параллельно-последовательно и иметь несколько вентиляторов. На вход теплообменников подводится охлаждаемая среда (воздух, масло и т.п.). После ее охлаждения воздухом, подаваемого вентиляторами 21, 22, ..., 2n, она по трубопроводам 3 (31, 32, ..., 3n) поступает в коллектор 6, где перемешивается, и со средней температурой поступает в отводящий трубопровод 8. Вращение каждого из вентиляторов 21, 22, ..., 2n обеспечивает соответствующий привод 4 (асинхронный электродвигатель) с устройством 5 изменения его частоты вращения, которое выполнено в виде преобразователя частоты тока питающей электродвигатели сети с напряжением Uc.

Измерение температуры охлаждаемой среды производится датчиком 7, установленным в отводящем трубопровода 8. Сигнал с датчика 7 поступает на первый вход (1 вх.) регулятора температуры 10, на второй (2 вх.) - сигнал о требуемой температуре охлаждаемой среды, а на третий - сигнал с датчика температуры окружающей среды. Регулятор 10 имеет зону нечувствительности 17, пропорциональный 12, интегрирующий 13 и дифференцирующий 14 контуры. Он вырабатывает для всех приводов сигнал, пропорциональный требуемому в данный момент времени значению частоты вращения fзад, который поступает на первый вход сумматоров 201, 202, ..., 20n. На их второй вход поступает сигнал Δfi с соответствующего корректора 19. Сумматоры 201, 202, ..., 20n производят коррекцию значения частоты вращения приводов fзад в зависимости от сигналов с датчиков температуры охлаждаемой среды 211, 212, ..., 21n, которые установлены в трубопроводах 31, 32, ..., 3n на выходе теплообменников 11, 12, ..., 1n. Результирующий сигнал с выхода сумматоров 20 поступает на вход соответствующих устройств 51, 52, ..., 5n, которые изменяют величину частоты вращения приводов.

Функционирование САУ ABO при поддержании температуры охлаждаемой среды в трубопроводе 8 происходит следующим образом. Требуемое значение температуры (Тзад) поступает на 2-й вход регулятора 10, например, от системы управления высшего уровня. С датчика 7 на 1-й вход регулятора 10 поступает сигнал о фактической температуре охлаждаемой среды. Блок 11 определяет величину отклонения фактической температуры от заданного значения - сигнал рассогласования ΔT, который поступает на вход блоков 12, 13, 14 (контуров регулирования). Для уменьшения рассогласования ΔT блок 16 формирует сигнал коррекции частоты вращения приводов Δfk. В блоке 12 рассчитывается пропорциональная часть Δfk (произведение коэффициента Кп на ΔT), в блоке 13 - интегрирующая (произведение Ки на интеграл ∫ΔTdt), а в 14 - дифференцирующая (произведение Кд на производную dΔT/dt). С датчика 9 на 3-й вход регулятора 10 и далее в блок 15 поступает сигнал о температуре окружающего воздуха для коррекции величины Δfk, например, изменением величин Кп, Ки, Кд или эквидистантным сдвигом Δfk. Из блока 16 результирующий сигнал Δfk поступает в блок 17, реализующий зону нечувствительности, и далее в блок 18, где рассчитывается новое значение заданной частоты вращения приводов fзад, равное сумме предыдущего ее значения и значения Δfk. При необходимости, значение fзад может ограничиваться максимальным и минимальным значениями, а также ограничиваться скорость изменения fзад. Блок 17 (зона нечувствительности) может располагаться и/или за блоком 11.

Сигнал, пропорциональный fзад, поступает на первый вход всех сумматоров 201, 202, ..., 20n, на второй их вход - величина корректирующего сигнала ±Δfi, а с выхода сумматоров - откорректированное значение fзад поступает на устройства 5 (51, 52, ..., 5n) изменения частоты вращения приводов. Величина сигнала ±Δfi определяется по показаниям датчиков 21 в блоке 19. Этот сигнал позволяет устанавливать факт неодинакового теплосъема с теплообменников из-за разной величины протекающего через них расхода охлаждаемой среды или из-за изменения величин коэффициентов теплопередачи.

Устройства 5 (частотные преобразователи с внутренней обратной связью по частоте вращения) реализуют новое значение частоты вращения приводов 41, 42, ..., 4n, и все вентиляторы 2 вращаются с одинаковой частотой вращения, близкой к fзад, обеспечивая однонаправленный поток воздуха через все вентиляторы. При положительном значении ΔT устройства 5 увеличивают частоту вращения вентиляторов и, следовательно, увеличивается подача воздуха на теплообменники (увеличивается величина охлаждающего теплового потока), а при отрицательном ΔT - уменьшают. Это приводит к уменьшению / увеличению температуры за теплообменниками 11, 12, ..., 1n, а после смешения в коллекторе 6 потоков охлаждаемой среды из трубопроводов 3 - и в трубопроводе 8. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока заданное и фактическое значение температуры охлаждаемой среды в отводящем трубопроводе 8 не сравняются, при этом величина рассогласования ΔT станет равной нулю или близкой к нулю при другой частоте вращения приводов.

Характерной особенностью работы данной системы управления является уменьшение потребляемой электродвигателями мощности при уменьшении частоты вращения (ωв) всех «n» вентиляторов даже по сравнению с дискретной системой управления, в которой часть вентиляторов отключается, а «m» оставшихся работают на максимальной частоте вращения ωмах. Для поддержания той же температуры охлаждаемой среды подача вентиляторами воздуха в этих системах должна быть одинакова, а т.к. подача пропорциональна частоте вращения, то nωв/λ=mωмах и ωвмахλm/n, где λ<1 - коэффициент изменения теплопередачи «воздух-охлаждаемая среда» при изменении отношения скоростей потоков воздуха и охлаждаемой среды. Для качественной оценки примем λ=1, а так как при поддержании постоянной частоты вращения электродвигателей их мощность пропорциональна кубу частоты вращения (N=кω3), то отношение мощностей систем равно nк(ωмахm/n3)/(mкω3мах)=(m/n)2. Т.е. несмотря на большее число работающих вентиляторов в данной системе, из-за их работы на более низких частотах вращения потребляемая электродвигателями мощность уменьшается, т.к. m<n и (m/n)2<<1.

Полученные соотношения для потребляемой электродвигателями мощности показывают, что наиболее эффективная работа системы управления имеет место при одновременном уменьшении частот вращения всех вентиляторов, что и обеспечивает регулятор 10, выдавая один и тот же сигнал fзад на устройства 5. Как известно, ресурс электродвигателей увеличивается при их работе на меньших частотах вращения, что и реализуется в данной системе управления.

Изменяя величину коэффициентов Кп, Кд, Ки и/или отключая отдельные блоки формирования величины сигнала Δfk (соответствующий коэффициент Кп, Кд, Ки равен нулю), обеспечивается требуемое качество регулирования температуры охлаждаемой среды. Наличие в регуляторе зоны нечувствительности для корректирующего сигнала Δfk (блок 17) позволяет исключить его флуктуации и, в конечном итоге, исключить паразитные знакопеременные колебания частоты вращения приводов, снижающие ресурс электродвигателей.

Введение в регулятор 10 с датчика 9 температуры окружающего воздуха позволяет упреждающе корректировать величину Δfk. Например, при той же величине отрицательного значения ΔT, когда требуется уменьшить частоту вращения вентиляторов для снижения теплового потока вентиляторов, уменьшение температуры воздуха обеспечивает увеличение теплосъема и величину Δfk можно уменьшить. Это приведет к сокращению длительности переходных процессов по температуре рабочей среды.

Замер датчиками 21 температуры охлаждаемой среды за теплообменниками Ti позволяет использовать эти показания в качестве диагностического признака деградации характеристик теплообменников (засорения межтубных каналов для прохождения воздуха и т.п.) и проводить выравнивание температур Ti для сокращения времени переходных процессов по температуре в трубопроводе 8. Например, при температуре Ti выше требуемого значения блок коррекции 19 определяет величину поправки +Δfi, которая поступает в сумматор 20 и частота вращения fзад увеличивается. Величина поправки может ограничиваться.

Как правило, величина расхода охлаждаемой среды через теплообменники и ее температура на входе в теплообменники отличаются незначительно и увеличение температуры за i-тым теплообменником выше допустимой величины свидетельствует о деградации коэффициентов теплопередачи и необходимости проведения регламентных работ. Средняя температура рабочей среды по датчикам 21 может использоваться в качестве резервной для регулятора температуры при отказе датчика 7. Это обеспечивает отказоустойчивость системы управления.

Таким образом, использование в системе управления АВО преобразователей частоты тока питающей сети для изменения частоты вращения электродвигателей, регулятора температуры охлаждаемой среды, имеющего зону нечувствительности, перенастриваемые пропорциональный, интегрирующий и дифференцирующий контура, датчиков температуры окружающего воздуха и охлаждаемой среды в отводящем трубопроводе и на выходе теплообменников обеспечивает при регулировании температуры охлаждаемой среды экономию электроэнергии из-за работы электродвигателей на пониженных частотах вращения, увеличивается их ресурс, обеспечивается отказоустойчивость системы и гибкость изменения алгоритмов для обеспечения требуемого качества регулирования температуры охлаждаемой среды.

1.Системауправленияаппаратамивоздушногоохлаждения,содержащаярегуляторидатчиктемпературыохлаждаемойсреды,вентиляторысприводом,группутеплообменников,трубопроводыподводакнимохлаждаемойсредыиееотводавколлектор,изкоторогоохлажденнаясредапоступаетвотводящийтрубопровод,отличающаясятем,чтоприводыимеютустройствоизмененияихчастотывращения,навходкоторыхпоступаетсигналсвыходарегуляторатемпературы,напервыйвходрегуляторапоступаетсигналсдатчикатемпературы,анавторойвход-сигналотребуемойтемпературеохлаждаемойсреды,приэтомвкачествеприводавентиляторовиспользуютсяасинхронныеэлектродвигатели,частотавращениякоторыхизменяетсяустройствомввидепреобразователячастотытокапитающейэлектродвигателисети.12.Системапоп.1,отличающаясятем,чторегулятортемпературыимеетзонунечувствительности,пропорциональный,интегрирующийидифференцирующийконтуры,адатчиктемпературыохлаждаемойсредыустанавливаетсявотводящемтрубопроводе.23.Системапоп.1,отличающаясятем,чтоустанавливаетсядатчиктемпературыокружающейсреды,сигналскоторогопоступаетнатретийвходрегуляторатемпературы.34.Системапоп.1,отличающаясятем,чтодлякаждогоприводаустанавливаетсякорректорзадаваемойчастотыеговращения,навходкоторогопоступаетсигналсдатчикатемпературыохлаждаемойсреды,установленногонавыходесоответствующеготеплообменника,асигналсвыходакорректорасуммируетсясвыходнымсигналомрегулятора.4
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-6 из 6.
20.02.2014
№216.012.a2db

Система подачи топлива в газотурбинный двигатель с форсажной камерой сгорания

(57) Система подачи топлива в газотурбинный двигатель с форсажной камерой сгорания содержит параллельно установленные в магистрали топливоподающие насос высокого давления с электроприводом и двухступенчатый центробежный насос высокого давления с механическим приводом и отбором топлива за каждой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507406
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a2dc

Система подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя

Система подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя содержит топливоподающие насосы с электроприводами, последовательно установленные в магистрали топливоподачи, связывающей топливный бак с камерой сгорания. При этом но меньшей мере один из насосов является основным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507407
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.02.2015
№216.013.222f

Электроприводной насос

Электроприводной насос для газотурбинного двигателя (ГТД) содержит насос подачи рабочей среды и электропривод, включающий в себя электродвигатель и блок управления частотой его вращения, связанный с электродвигателем, датчиками и системой управления высшего уровня. Электроприводной насос также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540204
Дата охранного документа: 10.02.2015
12.01.2017
№217.015.5898

Насос-дозатор

Изобретение относится к системам подачи и дозирования рабочего тела с электроприводными насосами, в частности к системам топливоподачи и управления газотурбинных двигателей. Насос-дозатор содержит насос подачи рабочего тела с регулируемым электроприводом, включающим электродвигатель (ЭД), блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588315
Дата охранного документа: 27.06.2016
25.08.2017
№217.015.c958

Система смазки подшипников опор роторов газотурбинного двигателя

Изобретение относится к системе смазки подшипников опор роторов газотурбинного двигателя и обеспечивает отказоустойчивость насосов с регулируемыми электроприводами системы смазки с числом откачивающих насосов более двух при отказе одного из насосов или их электроприводов как в тракте нагнетания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619519
Дата охранного документа: 16.05.2017
25.08.2017
№217.015.c9f4

Система подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя

Изобретение относится к системе подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя. Система снабжена обратным клапаном, установленным на выходе насоса высокого давления в магистраль топливоподачи перед подключением выхода обводного канала, и датчиком температуры топлива, установленным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619518
Дата охранного документа: 16.05.2017
+ добавить свой РИД